JP2021524149A - Selective etching and controlled atomic layer etching of transition metal oxide films for device manufacturing - Google Patents
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Abstract
デバイス製造のための遷移金属酸化物膜の選択エッチングおよび制御された原子層エッチング、ならびに結果として得られるデバイスが説明される。例において、膜をドライエッチングする方法は、潜在孔形成材料を中に有する遷移金属酸化物膜を形成する段階を含む。方法はまた、遷移金属酸化物膜の多孔性領域を形成するために、遷移金属酸化物膜の潜在孔形成材料の表面部分を除去する段階を含む。方法はまた、遷移金属酸化物膜の多孔性領域を除去する段階を含む。Selective etching and controlled atomic layer etching of transition metal oxide films for device manufacturing, as well as the resulting devices are described. In an example, the method of dry etching a film involves forming a transition metal oxide film having a latent pore forming material inside. The method also comprises removing the surface portion of the potential pore forming material of the transition metal oxide film to form a porous region of the transition metal oxide film. The method also comprises removing the porous region of the transition metal oxide film.
Description
本開示の実施形態は、半導体構造および処理の分野に関し、特に、デバイス製造のための遷移金属酸化物膜の選択エッチングおよび制御された原子層エッチング、ならびに結果として得られるデバイスに関する。 The embodiments of the present disclosure relate to the field of semiconductor structure and processing, in particular to selective etching and controlled atomic layer etching of transition metal oxide films for device manufacturing, and the resulting devices.
過去数十年にわたり、集積回路におけるフィーチャのスケーリングは、成長を続ける半導体産業を後押しする原動力であった。ますます微細なフィーチャへとスケーリングすることは、半導体チップの限定された面積上において機能ユニットの密度増加を可能にする。 Over the last few decades, scaling features in integrated circuits has been the driving force behind the growing semiconductor industry. Scaling to increasingly fine features allows for increased density of functional units over the limited area of semiconductor chips.
第1態様において、集積回路は一般に、当分野においてビアとして知られている導電性マイクロエレクトロニクス構造を含み、これにより、ビアより上の金属線または他のインターコネクトを、ビアの下方の金属線または他のインターコネクトと電気的に接続する。ビアは、典型的には、リソグラフィ処理によって形成される。代表的には、フォトレジスト層が誘電体層の上方にスピンコートされ得て、フォトレジスト層は、パターニングされたマスクを通して、パターニングされた化学線に露光され得て、次に、フォトレジスト層に開口を形成するべく、露光された層が現像され得る。次に、フォトレジスト層の開口をエッチングマスクとして使用することによって、ビア用の開口が誘電体層にエッチングされ得る。この開口は、ビア開口と呼ばれる。最後に、ビア開口は、1または複数の金属または他の導電性材料で充填され、ビアを形成し得る。 In a first aspect, the integrated circuit comprises a conductive microelectronic structure commonly known in the art as a via, thereby allowing the metal wire or other interconnect above the via to the metal wire or other below the via. Electrically connect to the interconnect of. Vias are typically formed by a lithography process. Typically, the photoresist layer can be spin coated over the dielectric layer, the photoresist layer can be exposed to patterned chemical lines through a patterned mask, and then into the photoresist layer. The exposed layer can be developed to form an opening. Next, by using the openings of the photoresist layer as an etching mask, the openings for vias can be etched into the dielectric layer. This opening is called a via opening. Finally, the via openings can be filled with one or more metals or other conductive materials to form vias.
1つの課題は、ビアと、上層インターコネクトとの間の重ね合わせ、および、ビアと下層ランディングインターコネクトとの間の重ね合わせは、一般的に、ビアピッチのおよそ4分の1程度の高い許容誤差で制御される必要がある。ビアピッチが次第にますます小さくスケーリングするにつれて、重ね合わせの許容誤差もそれに合わせてスケーリングする傾向があり、その速度は、リソグラフィ装置が追いつけるより更に高い。したがって、ビアおよび関連するインターコネクト製造技術の領域において改善が必要である。 One challenge is that the superposition between the vias and the upper interconnects and the superposition between the vias and the lower landing interconnects are generally controlled with a high margin of error of about a quarter of the via pitch. Need to be done. As the via pitch scales smaller and smaller, the overlay tolerance also tends to scale accordingly, even faster than the lithography equipment can keep up. Therefore, improvements are needed in the area of vias and related interconnect manufacturing technologies.
第2態様において、トライゲートトランジスタなどのマルチゲートトランジスタは、デバイス寸法が縮小を続けるにつれて、より広く用いられるようになった。従来のプロセスでは、トライゲートトランジスタまたはほかの非プレーナ型トランジスタは一般に、バルクシリコン基板またはシリコン・オン・インシュレータ基板のいずれかの基板上に製造される。いくつかの場合において、バルクシリコン基板は、より低い費用と、既存の高歩留まりバルクシリコン基板のインフラストラクチャとの適合性とに起因して好適である。しかしながら、影響を生じさせることなくマルチゲートトランジスタをスケーリングすることはできていない。マイクロエレクトロニクス回路のこれらの基本構成単位の寸法が減少するにつれて、および、所与の領域において製造される非常に多くの基本構成単位が増加するにつれて、これらの構成単位を製造するために使用される半導体プロセスに対する制約が大きくなってきている。したがって、非プレーナ型トランジスタ製造技術の領域において改善が必要である。 In the second aspect, multi-gate transistors such as tri-gate transistors have become more widely used as device dimensions continue to shrink. In conventional processes, trigate transistors or other non-planar transistors are typically manufactured on either a bulk silicon substrate or a silicon on insulator substrate. In some cases, bulk silicon substrates are suitable due to their lower cost and compatibility with the infrastructure of existing high yield bulk silicon substrates. However, it has not been possible to scale a multi-gate transistor without causing an effect. Used to manufacture these building blocks as the dimensions of these basic building blocks of a microelectronic circuit decrease and as the number of building blocks manufactured in a given region increases. The restrictions on semiconductor processes are increasing. Therefore, improvements are needed in the area of non-planar transistor manufacturing technology.
デバイス製造のための遷移金属酸化物膜の選択エッチングおよび制御された原子層エッチング、ならびに結果として得られるデバイスが説明される。以下の説明において、本開示の実施形態の十分な理解を提供すべく、具体的な統合および材料のレジームなど、多数の具体的な詳細が説明される。当業者には、本開示の実施形態がこれらの具体的な詳細なしに実践され得ることは明らかであろう。他の例において、本開示の実施形態を不必要に不明瞭としないようにするべく、集積回路設計レイアウトなどのよく知られているフィーチャは、詳細には説明されていない。さらには、図に示される様々な実施形態は、例示的な表示であって、必ずしも縮尺通りに描写されるものではないことを理解されたい。 Selective etching and controlled atomic layer etching of transition metal oxide films for device manufacturing, as well as the resulting devices are described. In the following description, a number of specific details are described, including specific integrations and material regimes, to provide a full understanding of the embodiments of the present disclosure. It will be apparent to those skilled in the art that the embodiments of the present disclosure can be practiced without these specific details. In other examples, well-known features such as integrated circuit design layouts are not described in detail so as not to unnecessarily obscure the embodiments of the present disclosure. Furthermore, it should be understood that the various embodiments shown in the figures are exemplary representations and are not necessarily depicted to scale.
特定の用語はまた、以下の説明において参照目的のためにのみ使用され得て、従って、限定することは意図されていない。例えば、「上」、「下」、「上方」、および「下方」、「下部」および「上部」などの用語は、参照された図面内での方向を指す。「前側」、「後側」、「背面」、および「側面」などの用語は、議論の下で構成要素について記載する本文および関連図面の参照によって明らかにされる、一貫性があるが恣意的な基準枠内で、構成要素の部分の配向および/または位置を記述する。そのような用語は、具体的に上述された語、それらの派生語、および類似の意味の語を含み得る。 Certain terms may also be used in the following description for reference purposes only and are therefore not intended to be limiting. For example, terms such as "top," "bottom," "top," and "bottom," "bottom," and "top" refer to directions within the referenced drawing. Terms such as "front", "rear", "back", and "side" are consistent but arbitrary, as revealed by reference to the text and related drawings that describe the components under discussion. Describe the orientation and / or position of the component parts within a flexible reference frame. Such terms may include the words specifically mentioned above, their derivatives, and words with similar meanings.
本明細書において説明される実施形態は、基板工程(FEOL)の半導体処理および構造に関連し得る。FEOLは、個別デバイス(例えば、トランジスタ、コンデンサ、抵抗器など)が半導体基板または層にパターニングされる、集積回路(IC)製造の第1部分である。FEOLは、一般的に、金属インターコネクト層の堆積まで(ただし、これを含まない)のすべてを包含する。最後のFEOL工程の後、典型的には、分離された(例えば、いかなるワイヤも無い)トランジスタを有するウェハが結果として生じる。 The embodiments described herein may relate to the semiconductor processing and structure of the Front End of Line (FEOL). FEOL is the first part of integrated circuit (IC) manufacturing in which individual devices (eg, transistors, capacitors, resistors, etc.) are patterned on a semiconductor substrate or layer. FEOL generally includes everything up to (but not including) the deposition of metal interconnect layers. After the final FEOL step, a wafer typically results with separated transistors (eg, without any wires).
本明細書において説明される実施形態は、配線工程(BEOL)の半導体処理および構造に関連し得る。BEOLは、個別デバイス(例えば、トランジスタ、コンデンサ、抵抗器など)がウェハ上の配線、例えば、1または複数のメタライゼーション層と相互接続される、IC製造の第2部分である。BEOLは、コンタクト、絶縁層(誘電体)、金属レベル、および、チップ‐パッケージ間接続のためのボンディング部位を含む。製造段階のBEOL部分においては、コンタクト(パッド)、インターコネクトワイヤ、ビア、および、誘電体構造が形成される。現代のICプロセスにおいて、10より多くの金属層がBEOLにおいて追加され得る。 The embodiments described herein may relate to the semiconductor processing and structure of the back end of line (BEOL). BEOL is a second part of IC manufacturing in which individual devices (eg, transistors, capacitors, resistors, etc.) are interconnected with wiring on a wafer, such as one or more metallization layers. BEOL includes contacts, insulating layers (dielectrics), metal levels, and bonding sites for chip-package connections. In the BEOL portion of the manufacturing stage, contacts (pads), interconnect wires, vias, and dielectric structures are formed. In modern IC processes, more than 10 metal layers can be added in BEOL.
後述される実施形態は、FEOL処理および構造、BEOL処理および構造、または、FEOL処理および構造とBEOL処理および構造との両方に適用され得る。特に、例示的な処理スキームが、FEOL処理の状況を使用して示され得るが、そのようなアプローチは、BEOL処理にも適用され得る。同様に、例示的な処理スキームは、BEOL処理の状況を使用して示され得るが、そのようなアプローチは、FEOL処理にも適用され得る。 The embodiments described below may be applied to FEOL treatment and structure, BEOL treatment and structure, or both FEOL treatment and structure and BEOL treatment and structure. In particular, exemplary processing schemes can be demonstrated using the context of FEOL processing, but such an approach can also be applied to BEOL processing. Similarly, exemplary processing schemes can be demonstrated using the context of BEOL processing, but such an approach can also be applied to FEOL processing.
本明細書において説明される1または複数の実施形態は、金属酸化物膜の選択エッチングおよび制御された原子層エッチングに関連する。実施形態は、金属酸化物膜の選択エッチングおよび制御された原子層エッチングのうち1または複数に関連し得、原子層堆積、原子層エッチング、エッチング選択性、金属酸化物、および潜在的多孔性は、エッチングのための深さ制御を提供する。本明細書において説明される実施形態は、多色誘電体を必要とする新しい集積スキームを可能にするように実装され得る。その例は本明細書において説明される。 One or more embodiments described herein relate to selective etching of metal oxide films and controlled atomic layer etching. Embodiments may relate to one or more of selective etching and controlled atomic layer etching of metal oxide films, including atomic layer deposition, atomic layer etching, etching selectivity, metal oxides, and potential porosity. , Provides depth control for etching. The embodiments described herein can be implemented to enable new integration schemes that require multicolored dielectrics. An example is described herein.
文脈を提供するために、集積回路製造のための新しい集積スキームでは、1つの材料の存在下で別の材料を除去/凹設するのに必要な選択エッチングを用いて、多様な誘電体材料が(例えば特定の層に)存在することが必要であり得る。しかしながら、ZrO2に対するHfO2、または、他の類似の組み合わせなど、類似の材料の選択エッチングは、容易に実現されないことがあり得る。なぜなら、そのような材料のペアは、エッチング特性において非常に類似することがあり得るからである。 To provide context, a new integration scheme for integrated circuit manufacturing uses a variety of dielectric materials with the selective etching required to remove / recess another material in the presence of one material. It may need to be present (eg in a particular layer). However, HfO 2, for ZrO 2 or a combination of other similar, selective etching of a similar material may be not be easily achieved. This is because such pairs of materials can be very similar in etching properties.
本開示の1または複数の実施形態によれば、平坦領域およびフィーチャにおける類似の金属酸化物膜の選択エッチングが、金属酸化物膜の1つと、酸化物、または遷移金属酸化物でない金属酸化物であり得る第2酸化物種など、エッチング性がより高いか低いコンポーネントとの相互混合を通じて実現される。そのような相互混合された金属酸化物、または、共酸化物(co−oxide)は、原子層堆積(ALD)または化学気相堆積(CVD)など、金属酸化物の1つの気相堆積中に生成され得る。共酸化物コンポーネントは、遷移金属酸化物膜において様々な方式で分散され得る。その例は図1〜図3に関連して後述される。 According to one or more embodiments of the present disclosure, selective etching of similar metal oxide films in flat regions and features is performed with one of the metal oxide films and metal oxides that are oxides or non-transitional metal oxides. It is achieved through mutual mixing with components with higher or lower etchability, such as possible second oxide species. Such intermixed metal oxides, or co-oxides, are present during one vapor deposition of metal oxides, such as atomic layer deposition (ALD) or chemical vapor deposition (CVD). Can be generated. Cooxide components can be dispersed in transition metal oxide films in a variety of ways. An example thereof will be described later in relation to FIGS. 1 to 3.
本開示の実施形態によれば、遷移金属酸化物膜のエッチング特性は、共酸化物を遷移金属酸化物膜に導入することによって変更される。最初に共酸化物の除去を標的とするエッチングプロセスが選択され得る。共酸化物が除去されるにつれて、周辺の金属酸化物材料のエッチング性が高くなる。加えて、共酸化物を含めることにより、遷移金属酸化物膜の誘電体特性を調整する機会が提供され得る。 According to the embodiments of the present disclosure, the etching properties of the transition metal oxide film are modified by introducing a cooxide into the transition metal oxide film. An etching process that first targets the removal of cooxide may be selected. As the cooxide is removed, the etchability of the surrounding metal oxide material increases. In addition, the inclusion of cooxide may provide an opportunity to adjust the dielectric properties of the transition metal oxide film.
いくつかの実施形態において、選択エッチングに加えて、金属酸化物の「原子」層エッチングを制御するために、本明細書において説明されるアプローチを利用できる。例えば、以下でより詳細に説明される図2を参照すると、共酸化物は、エッチング停止層として使用でき、金属酸化物材料を上から除去することを可能にするが、所望されない限り、更なるエッチングを阻害する。他の実施形態において、エッチング選択性の差異を提供するべく、堆積プロセスは、金属窒化物の薄い層を提供するように修飾され得る。そのような場合において、遷移金属酸化物と同一の金属の窒化物が、1つの金属前駆体だけを必要とする、共反応物の間で切り替える堆積プロセスにおいて使用され得る(例えば、TiO2/TiNペア、または、Ta2O5/TaNペアを形成する)。 In some embodiments, in addition to selective etching, the approaches described herein can be used to control the "atomic" layer etching of metal oxides. For example, with reference to FIG. 2, which is described in more detail below, the cooxide can be used as an etching stop layer, allowing the metal oxide material to be removed from above, but further unless desired. Inhibits etching. In other embodiments, the deposition process can be modified to provide a thin layer of metal nitride to provide a difference in etching selectivity. In such cases, a nitride of the same metal as the transition metal oxide can be used in a deposition process that switches between co-reactants, requiring only one metal precursor (eg, TiO 2 / TiN). Form a pair or a Ta 2 O 5 / TaN pair).
第1の例において、図1は、本開示の実施形態に係る、遷移金属酸化物膜の制御されたエッチングスキームにおける操作の断面図および対応する平面図を示す。 In a first example, FIG. 1 shows a cross-sectional view and a corresponding plan view of the operation in a controlled etching scheme of a transition metal oxide film according to an embodiment of the present disclosure.
図1の(a)部分を参照すると、基板100上または上方に膜102をドライエッチングする方法は、中に潜在孔形成材料106を有する遷移金属酸化物膜104を形成することを含む。実施形態において、図1に図示されるように、潜在孔形成材料106が遷移金属酸化物膜104内にランダムに分散される。膜102は厚さ(T)を有する。
Referring to the portion (a) of FIG. 1, the method of dry etching the
実施形態において、中に潜在孔形成材料106を有する遷移金属酸化物膜104は、気相堆積プロセス中に酸化物前駆体を共反応させることにより形成される。実施形態において、遷移金属酸化物膜104は、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ニオブおよび酸化タンタルから成る群から選択される遷移金属酸化物材料を含む。実施形態において、潜在孔形成材料106は、酸化アルミニウム、酸化 ガリウム、酸化スズ、酸化コバルト、酸化ニッケル、および酸化ケイ素から成る群から選択される材料を含む。実施形態において、潜在孔形成材料106は、遷移金属酸化物膜104の総体積の10パーセントから25パーセントの間(すなわち、膜102の総体積の10パーセントから25パーセントの間)を占める。
In an embodiment, the transition
図1の(b)部分を参照すると、遷移金属酸化物膜104の潜在孔形成材料106の表面部分が除去されて、遷移金属酸化物膜104の多孔性領域108を形成する、例えば、修飾された遷移金属酸化物膜104'を形成する。
With reference to the portion (b) of FIG. 1, the surface portion of the latent pore-forming
図1の(c)部分を参照すると、修飾された遷移金属酸化物膜104'の多孔性領域108が除去され、例えば、エッチング量(X)だけ低減された厚さを有する、すなわち、T−Xの厚さを有する、部分的にエッチングされた遷移金属酸化物膜104"を形成する。所望の厚さの膜102が除去されるまで、操作(b)および(c)のプロセスが反復され得ることを理解すべきである。
With reference to portion (c) of FIG. 1, the
実施形態において、潜在孔形成材料106(本明細書において、共酸化物とも称される)を容易にエッチングするエッチング液については、潜在孔形成材料106の表面部分は、エッチング液と接触するときに選択的に溶解される膜102における弱い点を表す。共酸化物が除去されるにつれて、残りの多孔性金属酸化物(例えば、領域108を有する)も、下層の高密度金属酸化物より速い速度で除去される。なぜなら、エッチング液との接触がより大きく、遷移金属酸化物膜の金属中心へのアクセス点が増加するからである。
In the embodiment, for an etching solution that easily etches the latent hole forming material 106 (also referred to as a cooxide in the present specification), when the surface portion of the latent
実施形態において、潜在孔形成材料106の表面部分の除去は、第1エッチングプロセスにおいて実行され、遷移金属酸化物膜104の多孔性領域108の除去は、第2の異なるエッチングプロセスにおいて実行される。別の実施形態において、潜在孔形成材料106の表面部分の除去は、第1エッチングプロセスにおいて実行され、遷移金属酸化物膜104の多孔性領域108の除去は、同一のエッチングプロセスにおいて実行される。実施形態において、潜在孔形成材料106の表面部分の除去、および、遷移金属酸化物膜104の多孔性領域108の除去は、1または複数のプラズマエッチングプロセスを使用して実行される。
In the embodiment, the removal of the surface portion of the latent
第2の例において、図2は、本開示の別の実施形態に係る遷移金属酸化物膜の制御されたエッチングスキームにおける操作の断面図を示す。 In a second example, FIG. 2 shows a cross-sectional view of the operation in a controlled etching scheme of the transition metal oxide film according to another embodiment of the present disclosure.
図2の(a)部分を参照すると、基板200の上または上方に膜202をドライエッチングする方法は、遷移金属酸化物膜204と、その間の潜在孔形成材料206の層とを交互に形成する段階を含む。実施形態において、図2に図示されるように、潜在孔形成材料206は、遷移金属酸化物膜204内において1または複数の積層平面層として分散される。
Referring to the portion (a) of FIG. 2, the method of dry etching the
図2の(b)部分を参照すると、遷移金属酸化物膜204の下層を露出するために、潜在孔形成材料206の表面層が除去される。図2の(c)部分を参照すると、遷移金属酸化物膜204の露出された下層は、潜在孔形成材料206の次の層を露出するために除去される。実施形態において、潜在孔形成材料206の次の層は、有効なエッチング停止層であり、遷移金属酸化物膜204の最上層だけの非常に制御された除去を提供する。所望の厚さの膜202が除去されるまで、操作(b)および(c)のプロセスが反復され得ることを理解すべきである。
With reference to the portion (b) of FIG. 2, the surface layer of the latent
第3の例において、図3は、本開示の別の実施形態に係る遷移金属酸化物膜の制御されたエッチングスキームにおける操作の断面図を示す。 In a third example, FIG. 3 shows a cross-sectional view of the operation in a controlled etching scheme of the transition metal oxide film according to another embodiment of the present disclosure.
図3の(a)部分を参照すると、誘電体層301内または基板300の上に膜302をドライエッチングする方法は、遷移金属酸化物膜304と、その間の潜在孔形成材料306との層を交互に形成する段階を含む(説明を簡単にするために、図3では1つの層306が示されている)。実施形態において、図3に図示されるように、潜在孔形成材料306は、遷移金属酸化物膜304内においてコンフォーマル層として分散される。
With reference to the portion (a) of FIG. 3, the method of dry-etching the
図3の(b)部分を参照すると、遷移金属酸化物膜304の多孔性上側領域を有効に形成するために、および、凹設された潜在孔形成材料306を形成するために、潜在孔形成材料306の表面部分が除去される。図3の(c)部分を参照すると、凹設された遷移金属酸化物膜304を提供するために、遷移金属酸化物膜304の多孔性上側領域は除去される。所望の厚さの膜302が除去されるまで、操作(b)および(c)のプロセスは反復され得ることを理解すべきである。
With reference to the portion (b) of FIG. 3, latent pore formation is performed in order to effectively form the porous upper region of the transition
本明細書において説明されるエッチングスキームの実装に関して、従来のスケーリング、例えば、14ナノメートルより小さい最小線幅の縮小が継続するにつれて、ナノメートル以下レベルのフィーチャの製造を制御する必要性が必須になることを理解すべきである。膜スタックは現在、多くの適用において、2〜3ナノメートルの厚さに絶えず近づいており、原子層エッチングなどの原子レベルの正確な技法を採用することが必要となっている。特に、半導体処理における遷移金属酸化物の効率的なエッチングおよび除去は、これらの要素のより多くがすべての一過性テクノロジーノードに組み込まれるにつれて、ますます重要になっている。 With respect to the implementation of the etching schemes described herein, the need to control the production of features at nanometer and lower levels becomes mandatory as conventional scaling, eg, reduction of minimum line widths smaller than 14 nanometers, continues. It should be understood that Membrane stacks are now constantly approaching 2-3 nanometer thicknesses in many applications, requiring the adoption of accurate atomic level techniques such as atomic layer etching. In particular, the efficient etching and removal of transition metal oxides in semiconductor processing is becoming increasingly important as more of these elements are incorporated into all transient technology nodes.
遷移金属酸化物膜エッチングの3つの例示的実装は、本開示の実施形態の第1、第2、第3態様として後述されている。3つの例示的な実装は、本明細書に説明されるエッチングアプローチの可能な適用を限定するものでは決してないことを理解すべきである。実装は先進的なトランジスタアーキテクチャを含み得るが、それに限定されるものでは決してない。 Three exemplary implementations of transition metal oxide film etching are described below as first, second, and third aspects of the embodiments of the present disclosure. It should be understood that the three exemplary implementations by no means limit the possible applications of the etching approach described herein. Implementations can include, but are by no means limited to, advanced transistor architectures.
第1の例示的実装において、1または複数の実施形態は、金属線、および、関連する導電ビアを製造するためのアプローチに関連する。1または複数の導電ビアは、定義によれば、前の層の金属パターン上にランディングするために使用される。同様に、リソグラフィ装置に対する制限が緩和されるので、本明細書において説明される実施形態は、より強固なインターコネクト製造スキームを可能にする。そのようなインターコネクト製造スキームは、多数の整合/露出を不要にするために使用でき、そうでなければ従来のアプローチを使用してそのようなフィーチャをパターニングするのに必要な全体のプロセス操作および処理時間を減少させるために使用することができる。他の利点は、収率の改善、または、間違った線の短絡の防止を含み得る。実施形態は、例えば、10nmおよびより小さいテクノロジーノードについて、選択的堆積を通じた「カラーリング」による自己整合、および、その後の自己組織化により、改善されたビア短絡マージンを提供するように実装され得る。 In the first exemplary implementation, one or more embodiments relate to an approach for producing metal wire and associated conductive vias. One or more conductive vias, by definition, are used to land on the metal pattern of the previous layer. Similarly, the embodiments described herein allow for a stronger interconnect manufacturing scheme, as restrictions on lithography equipment are relaxed. Such interconnect manufacturing schemes can be used to eliminate the need for multiple alignments / exposures, otherwise the overall process operations and processing required to pattern such features using traditional approaches. It can be used to reduce time. Other benefits may include improved yields or prevention of incorrect wire short circuits. Embodiments may be implemented to provide improved via short-circuit margins, for example, for 10 nm and smaller technology nodes, by "coloring" self-alignment through selective deposition, and subsequent self-organization. ..
導電線および導電性キャップの着色ハードマスク選択を使用する例示的アプローチにおいて、図4A〜図4Fは、本開示の実施形態に係る、配線工程(BEOL)インターコネクト製造のための自己整合導電ビア形成を伴う方法における様々な操作を表す集積回路層の部分の断面図を示す。 In an exemplary approach using colored hardmask selection of conductive wires and caps, FIGS. 4A-4F show the self-aligned conductive via formation for the back end of line (BEOL) interconnect manufacturing according to the embodiments of the present disclosure. A cross-sectional view of a portion of the integrated circuit layer representing various operations in the accompanying method is shown.
図4Aを参照すると、新しいメタライゼーション層(例えば、BEOL層)を製造するための開始点として、初期構造400が提供される。初期構造400は、基板402の上方に配置される層間誘電(ILD)層404を含む。後述されるように、ILD層は、基板402の上方に形成される下層メタライゼーション層の上方に配置され得る。トレンチは、ILD層404において形成され、1または複数の導電層で充填され、それにより、導電線406(および、いくつかの場合においては、対応する導電ビア408)を提供する。実施形態において、ピッチ分割パターニングプロセスフローを使用して、導電線406のトレンチがILD層404に形成される。下で説明される以下のプロセス操作は、ピッチ分割を最初に含んでも、含まなくてもよいことを理解すべきである。いずれの場合でも、ただし、特にピッチ分割も使用されるとき、実施形態は、従来のリソグラフィ装置の分解能を超えて、金属層のピッチのスケーリングを継続的に変化させることを可能にし得る。
With reference to FIG. 4A, the
図4Bを参照すると、任意選択的に、導電線406は、ILD層404の上側表面の下に凹設され、凹設された導電線410の上に凹設領域412を有する凹設された導電線410を提供する。実施形態において、硫酸および過酸化水素に基づくウェットエッチングプロセスなどの選択ウェットエッチングプロセスを使用して、凹設された導電線410を形成するために、導電線406は凹設される。別の実施形態において、選択ドライまたはプラズマエッチングプロセスを使用して、凹設された導電線410を形成するために、導電線406は凹設される。
Referring to FIG. 4B, optionally, the
図4Cを参照すると、任意選択的に、凹設された導電線410の上方の凹設領域412に導電性キャップ414が形成される。実施形態において、導電性キャップ414は導電線406の材料より、ILD層404の表面と比較した差異が大きい表面特性を有する材料から構成される。実施形態において、導電線406は、窒化チタンまたは窒化タンタルのバリアライナ内に銅充填材料を含み、導電性キャップ414は、これらに限定されないが、Al、Pt、Ni、Ru、Pd、W、Ti、Ta、Ir、もしくはEr、またはその合金などの金属から構成される。別の実施形態において、Co、または、CoWBなどのCoの合金が使用される。実施形態において、導電線406の少なくとも一部(例えば、銅充填材料)は、電気めっき処理を使用して形成され、導電性キャップ414は、化学気相堆積(CVD)プロセス、原子層堆積(ALD)プロセス、物理気相堆積(PVD)プロセス、電子ビーム蒸着プロセス、電気めっき処理、無電解堆積プロセス、または、スピンオンプロセスを使用して形成される。いずれの場合も、実施形態において、堆積の後、例えば化学機械研磨(CMP)を使用して導電性キャップ414の材料は平坦化され、図4Cに図示されるように、ILD層404の最上面と実質的に同一平面である導電性キャップ414を生じさせる。本明細書に説明されるように、実施形態において、金属キャップ形成は、凹設、充填、CMPプロセスに基づいている。別の実施形態において、キャップ堆積は、(例えば、凹設または非凹設プロファイルのいずれにおいても)選択的堆積を通じて実現される。別の実施形態において、キャップ形成は、選択的堆積を通じて実現される。
With reference to FIG. 4C, a
その後の処理段階における凹設された導電線410の金属の保護以外に、導電性キャップ材料は、ハードマスク材料、特に「カラー」ハードマスク材料の選択的堆積も補助し得ることを理解すべきである。例えば、RuおよびWは、コバルトと比較して、改善されたDSAブラシグラフト密度を提供する。更に、自己組織化単分子膜(SAM)を用いたCo上の選択的金属酸化物堆積は、コバルトの酸化傾向に起因して困難であり得る。実施形態において、導電性キャップ414は、後述されるように、パターン複製の促進に加えて、従来のエッチング停止層の代わりに、処理中の気密性、および、信頼性という利点を提供する。
In addition to the metal protection of the recessed
図4Dを参照すると、ハードマスク層416は、図4Cの構造上で形成される。ハードマスク層416は第1ハードマスクコンポーネント418および第2ハードマスクコンポーネント420を含む。第1ハードマスクコンポーネントは、導電性キャップ414上に形成され、それと整合される。第2ハードマスクコンポーネント420は、ILD層404の露出表面上に形成され、それと整合される。実施形態において、第1ハードマスクコンポーネント418および第2ハードマスクコンポーネント420を有するハードマスク層416は、自己組織化または選択的堆積アプローチを使用して形成され、最終的に、第1ハードマスクコンポーネント418と第2ハードマスクコンポーネント420とが交互になった2つの異なる領域を形成する。そのような一実施形態において、自己組織化または選択的堆積アプローチは、導電線406の表面を使用することとは対照的に、導電性キャップ414の使用によって強化される。実施形態において、第1ハードマスクコンポーネント418および第2ハードマスクコンポーネント420の材料は、互いに異なるエッチング選択性を示す。下でより詳細に説明されるように、自己組織化または選択的成長は、第1ハードマスクコンポーネント418および第2ハードマスクコンポーネント420を、それぞれ誘電体および金属表面と選択的に整合させるために使用できる。
With reference to FIG. 4D, the
実施形態において、第1ハードマスクコンポーネント418は、中に潜在孔形成材料(点として示す)を有する遷移金属酸化物膜を含む。一実施形態において、遷移金属酸化物膜は、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ニオブおよび酸化タンタルから成る群から選択される遷移金属酸化物材料を含む。一実施形態において、潜在孔形成材料は、酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素から成る群から選択される材料を含む。実施形態において、上述のように、共反応気相堆積を使用して、中に潜在孔形成材料を有する遷移金属酸化物膜が形成される。
In an embodiment, the first
実施形態において、図4Dに図示されるように、第1ハードマスクコンポーネント418は、複数の導電線410の最上面(例えば、導電性キャップ414)に制限される。別の実施形態(図示せず)において、第1ハードマスクコンポーネント418は、ILD層404の最上面の部分に延在する。
In an embodiment, as illustrated in FIG. 4D, the
第1の一般的な実施形態において、第1ハードマスクコンポーネント418および第2ハードマスクコンポーネント420を最終的に形成するべく、自己組織化(DSA)ブロックコポリマー堆積およびポリマー組織化プロセスが実行される。実施形態において、DSAブロックコポリマーは表面上にコーティングされ、アニールされ、ポリマーは第1ブロックおよび第2ブロックに分離される。一実施形態において、第1ポリマーブロックは好ましくは、ILD層404の露出表面に結合する。第2ポリマーブロックは、導電性キャップ414に接着する。実施形態において、第2および第1ブロックポリマーの各々は、第1ハードマスクコンポーネント418および第2ハードマスクコンポーネント420の材料とそれぞれ順に置き換えられる。そのような一実施形態において、第2および第1ブロックポリマーを第1ハードマスクコンポーネント418および第2ハードマスクコンポーネント420の材料とそれぞれ置き換えるために、選択エッチングおよび堆積プロセスが使用される。
In a first general embodiment, a self-assembling (DSA) block copolymer deposition and polymer assembling process is performed to finally form the first
第2の一般的な実施形態において、第1ハードマスクコンポーネント418および第2ハードマスクコンポーネント420を最終的に形成するべく、選択的成長プロセスがDSAアプローチの代わりに用いられる。そのような一実施形態において、第2ハードマスクコンポーネント420の材料は、ILD層404の露出部分の上方に成長する。第1ハードマスクコンポーネント418の第2の異なる材料は、導電性キャップ414の上方に成長する。実施形態において、選択的成長は、第1ハードマスクコンポーネント418および第2ハードマスクコンポーネント420の両方の材料について、堆積/エッチング/堆積/エッチングアプローチによって実現され、各材料の複数の層が生じる。そのようなアプローチは、「上部がマッシュルーム」の形態の膜を形成し得る従来の選択的成長技法より好ましいことがあり得る。上部がマッシュルーム型になる膜の成長の傾向は、交互の堆積/エッチング/堆積(dep−etch−dep−etch)アプローチを通じて低減できる。別の実施形態において、膜は金属上に選択的に堆積され、その後、異なる膜がILD上に選択的に堆積され(逆も成立する)、複数回にわたって反復することによって、サンドイッチ様のスタックを形成する。別の実施形態において、両方の材料が、下層基板の各露出領域上で選択的に成長させる反応チャンバにおいて同時に(例えばCVD式プロセスによって)成長する。
In a second general embodiment, a selective growth process is used instead of the DSA approach to finally form the
下でより詳細に説明されるように、実施形態において、図4Dの結果として得られる構造は、図4Dの構造上に後にビア層を製造するとき、ビア短絡マージンの改善を可能にする。一実施形態において、交互になった「カラー」ハードマスクコンポーネントを有する構造を製造することにより、ビアが間違った金属線に短絡するリスクが低減するので、改善された短絡マージンが実現される。一実施形態において、交互になったカラーハードマスクコンポーネントが、交互になったILD層104および下の導電性キャップ414表面と自己整合するので、自己整合が実現される。実施形態において、図示されるように、第1ハードマスクコンポーネント418は、複数の導電線410の導電性キャップ414に制限される。しかしながら、別の実施形態(図示せず)において、第1ハードマスクコンポーネント418は、ILD層404の最上面の部分に延在する。
As described in more detail below, in embodiments, the resulting structure of FIG. 4D allows for improved via short circuit margins when later producing a via layer on top of the structure of FIG. 4D. In one embodiment, manufacturing a structure with alternating "color" hardmask components reduces the risk of vias shorting to the wrong metal wire, thus achieving an improved short circuit margin. In one embodiment, the alternating color hardmask components self-align with the alternating
図4Eを参照すると、第2層間誘電(ILD)層422が図4Dの構造の上方に形成される。開口424が第2ILD層422に形成される。実施形態において、開口424は、次のレベルのメタライゼーション層のための導電ビア製造のために選択された位置において形成される。従来のビア位置選択とは対照的に、開口424は、一実施形態において、導電ビアが最終的に形成される対応する導電線406の幅と比較して、比較的緩和した幅を有する。例えば、特定の実施形態において、開口424の幅(W)は、導電線406の約3/4のピッチの寸法を有する。そのように比較的広いビア開口424に対応することにより、開口424を形成するのに使用されるリソグラフィプロセスに対する制限を緩和できる。追加的に、ミスアラインメントの許容誤差も増加し得る。
Referring to FIG. 4E, a second interstitial dielectric (ILD)
図4Fは、次の層のビアの製造に続く図4Eの構造を示す。例えば、図1から図3に関連して上で説明されるプロセスなどの選択的遷移金属酸化物エッチングプロセスによって、第1ハードマスクコンポーネント418の1つが除去のために選択される。この場合、第1ハードマスクコンポーネント418のうち露出されたものは、第2ハードマスクコンポーネント420の露出部分に選択的に除去される。
FIG. 4F shows the structure of FIG. 4E following the production of vias in the next layer. For example, one of the
次に、開口424に、および、第1ハードマスクコンポーネント418のうち選択されたものが除去された領域に導電ビア428が形成される。導電ビア428は、凹設された導電線410の導電性キャップ414のうち対応するものと電気的に接触する。実施形態において、導電ビア428は、隣接する、または、近隣の導電性キャップ414の1つ/凹設された導電線410ペアと短絡することなく、凹設された導電線410のうち、導電性キャップ414の対応するものと電気的に接触する。特定の実施形態において、図4Fに図示されるように、導電ビア428の部分は、第2ハードマスクコンポーネント420の1または複数の露出部分に配置される。実施形態において、改善された短絡マージンが実現される。
図4Fを再度参照すると、例示的な説明のための実施形態において、集積回路構造は、基板402の上方の層間誘電(ILD)層404において複数の導電線410を含む。複数の導電線410の各々は、ILD層404の最上面に対して凹設されている。複数の導電性キャップ414は、複数の導電線410の各々の上方の凹設領域における複数の導電線410のうち対応するものの上にある。ハードマスク層426は、複数の導電性キャップ414上、および、ILD層404の最上面上にある。ハードマスク層426は、複数の導電性キャップ414上に、それらと整合された第1ハードマスクコンポーネント418を含む。ハードマスク層426の第2ハードマスクコンポーネント420は、ILD層404の最上面の領域上にあり、それと整合される。第1ハードマスクコンポーネント418および第2ハードマスクコンポーネント420は、互いに組成が異なり、第1ハードマスクコンポーネント418は、中に潜在孔形成材料を有する遷移金属酸化物膜を含む。導電ビア428は、ハードマスク層426の中、かつ、複数の導電線410のうち1つの導電性キャップ414上の開口内にある。導電ビア428の部分は、ハードマスク層426の第2ハードマスクコンポーネント420の部分上にある。
With reference to FIG. 4F again, in an exemplary embodiment, the integrated circuit structure includes a plurality of
実施形態において、図4Fに図示されるように、複数の導電性キャップ414は、ILD層404の最上面と実質的に同一平面である最上面を有する。実施形態において、図4Fに図示されるように、第1ハードマスクコンポーネント418は、第2ハードマスクコンポーネント420の最上面と実質的に同一平面である最上面を有する。実施形態において、集積回路構造は、ハードマスク層426の上方に第2ILD層422を更に含む。導電ビア428は更に、第2ILD層422の開口内にある。そのような一実施形態において、第2ILD層の開口は、複数の導電線410のピッチの約3/4に等しい幅を有する。実施形態において、図4Fに図示されるように、複数の導電線410の1つは、下層の導電ビア構造4108に結合される。そのような一実施形態において、下層の導電ビア構造408は、集積回路構造の下層メタライゼーション層(図示せず)に接続される。
In an embodiment, as illustrated in FIG. 4F, the plurality of
図4Aから図4Fに関連して説明される層および材料は典型的には、集積回路の下層デバイス層など、下層半導体基板または構造上、またはその上方に形成されることを理解すべきである。実施形態において、下層半導体基板は、集積回路を製造するために使用される一般的な加工対象物を表す。半導体基板は、多くの場合、シリコンもしくは別の半導体材料のウェハまたは他の部品を含む。適した半導体基板は、限定されるものではないが、単結晶シリコン、多結晶シリコンおよびシリコンオンインシュレータ(SOI)、ならびに他の半導体材料で形成された同様の基板を含む。半導体基板は、製造段階に応じて、多くの場合、トランジスタ、集積回路等を含む。基板は、半導体材料、金属、誘電体、ドーパント、および、一般に半導体基板に用いられる他の材料も含み得る。更に、図4Fに図示された構造は、より低いレベルの下層インターコネクト層上で製造され得る。 It should be understood that the layers and materials described in relation to FIGS. 4A-4F are typically formed on or above the underlayer semiconductor substrate or structure, such as the underlayer device layer of an integrated circuit. .. In embodiments, the underlayer semiconductor substrate represents a common machined object used to manufacture integrated circuits. Semiconductor substrates often include wafers or other components of silicon or other semiconductor materials. Suitable semiconductor substrates include, but are not limited to, single crystal silicon, polycrystalline silicon and silicon on insulators (SOIs), as well as similar substrates made of other semiconductor materials. Semiconductor substrates often include transistors, integrated circuits, and the like, depending on the manufacturing stage. The substrate may also include semiconductor materials, metals, dielectrics, dopants, and other materials commonly used for semiconductor substrates. In addition, the structures illustrated in FIG. 4F can be manufactured on lower levels of lower interconnect layers.
実施形態において、本説明全体で使用されるように、層間誘電体(ILD)材料は、誘電体もしくは絶縁体材料の層から構成され、またはこれを含む。適した誘電体材料の例は、限定されないが、ケイ素酸化物(例えば二酸化ケイ素(SiO2))、ケイ素窒化物(例えば窒化ケイ素(Si3N4))、ドーピングケイ素酸化物、フッ化ケイ素酸化物、炭素ドーピングケイ素酸化物、当分野において知られている様々な低誘電率の誘電体材料、およびこれらの組み合わせを含む。層間誘電体材料は、例えば、化学気相堆積(CVD)、物理気相堆積(PVD)のような従来技術、または他の堆積方法によって形成されてよい。 In embodiments, as used throughout this description, the interstitial dielectric (ILD) material is composed of or comprises a layer of dielectric or insulating material. Examples of suitable dielectric materials include, but are not limited to, silicon oxides (e.g., silicon dioxide (SiO 2)), silicon nitride (eg, silicon nitride (Si 3 N 4)), doped silicon oxide, silicon fluoride oxide Includes materials, carbon-doped silicon oxides, various low dielectric constant dielectric materials known in the art, and combinations thereof. The interlayer dielectric material may be formed by prior art such as chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), or other deposition methods.
実施形態において、本説明全体にわたっても使用されるように、金属線またはインターコネクト線材料(およびビア材料)は、1または複数の金属または他の導電性構造から構成される。一般的な例は、銅とそれを包囲するILD材料との間にバリア層を含んでよく、または含まなくてよい銅線および構造の使用である。本明細書で使用される金属という用語は、合金、スタック、および複数の金属の他の組み合わせを含む。例えば、金属インターコネクト線は、バリア層、異なる金属または合金のスタック等を含んでよい。従って、インターコネクト線は、単一材料層であり得るか、または、導電性ライナ層および充填層を含む複数の層から形成され得る。電気めっき、化学気相堆積または物理気相堆積など、任意の好適な堆積プロセスが、インターコネクト線を形成するために使用され得る。実施形態において、インターコネクト線は、バリア層および導電性充填材料から構成される。一実施形態において、バリア層は、タンタルまたは窒化タンタル層、またはそれらの組み合わせである。一実施形態において、導電性充填材料は、これらに限定されないが、Cu、Al、Ti、Zr、Hf、V、Ru、Co、Ni、Pd、Pt、W、Ag、Au、または、それらの合金などの導電性材料である。また、インターコネクト線は、当分野において、配線、ワイヤ、ライン、金属、金属線、または単に、インターコネクトと呼ばれることがある。 In embodiments, the metal wire or interconnect wire material (and via material) is composed of one or more metals or other conductive structures, as used throughout this description. A common example is the use of copper wire and structures that may or may not include a barrier layer between copper and the ILD material that surrounds it. The term metal as used herein includes alloys, stacks, and other combinations of multiple metals. For example, the metal interconnect wire may include a barrier layer, a stack of different metals or alloys, and the like. Thus, the interconnect wire can be a single material layer or can be formed from multiple layers, including a conductive liner layer and a packed layer. Any suitable deposition process, such as electroplating, chemical vapor deposition or physical vapor deposition, can be used to form the interconnect lines. In embodiments, the interconnect wire is composed of a barrier layer and a conductive filling material. In one embodiment, the barrier layer is a tantalum or tantalum nitride layer, or a combination thereof. In one embodiment, the conductive filling material is not limited to these, but Cu, Al, Ti, Zr, Hf, V, Ru, Co, Ni, Pd, Pt, W, Ag, Au, or alloys thereof. It is a conductive material such as. In addition, the interconnect wire may be referred to in the art as a wiring, a wire, a line, a metal, a metal wire, or simply an interconnect.
パターニングされたフィーチャは、一定ピッチの間隔で一定の幅を有する線、穴、またはトレンチと共に格子状のパターンでパターニングされ得る。例えば、パターンは、ピッチ2分割またはピッチ4分割アプローチによって製造され得る。例において、ブランケット膜(多結晶シリコン膜など)は、例えば、スペーサに基づくクアドラプルパターニング(spacer−based−quadruple−patterning)(SBQP)またはピッチ4分割を伴い得るリソグラフィおよびエッチング処理を使用してパターニングされる。線の格子パターンは、193nm液浸リソグラフィ(i193)、極端紫外線リソグラフィ(EUV)および/または電子ビーム直接書込み(EBDW)リソグラフィ、自己組織化などを含む、多数の方法によって製造され得ることを理解すべきである。他の実施形態において、ピッチおよび幅は一定である必要ない。 The patterned features can be patterned in a grid pattern with lines, holes, or trenches of constant width at constant pitch intervals. For example, the pattern can be manufactured by a pitch 2-split or pitch 4-split approach. In an example, a blanket film (such as a polycrystalline silicon film) is patterned using, for example, spacer-based quadruple patterning (SBQP) or lithography and etching processes that may involve pitch quadrants. NS. Understand that line grid patterns can be manufactured by a number of methods, including 193 nm immersion lithography (i193), extreme ultraviolet lithography (EUV) and / or electron beam direct writing (EBDW) lithography, self-assembly, and the like. Should be. In other embodiments, the pitch and width do not have to be constant.
本開示の第2態様において、1または複数の実施形態は、活性トランジスタゲートのすぐ上にゲートコンタクトビアをランディングするためのアプローチ、および、それから形成される構造に関連する。そのようなアプローチは、接触の目的で、分離したゲート線を延ばす必要性を排除し得る。そのようなアプローチはまた、別個のゲートコンタクト層がゲート線または構造からの信号を伝導する必要性を排除し得る。実施形態において、上のフィーチャの除去は、トレンチコンタクトの中にコンタクト金属を凹設し、プロセスフローにおいて追加の誘電体材料を導入することによって実現される。追加の誘電体材料は、ゲート整合コンタクトプロセス処理スキームにおけるトレンチコンタクト整合に既に使用されているゲート誘電体材料キャップ層とは異なるエッチング特性を有するトレンチコンタクト誘電体キャップ層として含まれる。 In a second aspect of the present disclosure, one or more embodiments relate to an approach for landing a gate contact via just above an active transistor gate, and the structure formed from it. Such an approach can eliminate the need to extend a separate gate line for contact purposes. Such an approach can also eliminate the need for separate gate contact layers to conduct signals from gate lines or structures. In embodiments, removal of the above features is achieved by recessing the contact metal into the trench contacts and introducing additional dielectric material in the process flow. Additional dielectric materials are included as trench contact dielectric cap layers that have different etching properties than the gate dielectric material cap layers already used for trench contact matching in gate matching contact process processing schemes.
例として、図5A〜図5Cは、本開示の実施形態に係る、自己整合ゲートコンタクト製造のためのコンタクトキャップ層に対するゲート電極キャップ層の選択エッチングを示す。 As an example, FIGS. 5A-5C show selective etching of a gate electrode cap layer against a contact cap layer for the manufacture of self-aligned gate contacts according to an embodiment of the present disclosure.
図5Aを参照すると、ゲートスタック502は、基板500上またはその上方に形成される。第1および第2導電性トレンチコンタクト514はそれぞれ、ゲートスタック502の第1および第2面であり、任意の誘電体スペーサ512がその間に形成される。第1ハードマスクコンポーネント510は、ゲートスタック502の最上面上に形成され、それと整合される。第2ハードマスクコンポーネント516は、第1および第2導電性トレンチコンタクト514上に形成され、それと整合される。第1ハードマスクコンポーネント510および第2ハードマスクコンポーネント516は、互いに組成が異なる。実施形態において、第1ハードマスクコンポーネント510は、中に潜在孔形成材料を有する遷移金属酸化物膜を含む。実施形態において、図示されるように、ゲートスタック502は、high‐kゲート誘電体層504、仕事関数ゲート電極層506、および導電性充填層508を含む。
With reference to FIG. 5A, the
実施形態において、遷移金属酸化物膜は、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ニオブおよび酸化タンタルから成る群から選択される遷移金属酸化物材料を含む。実施形態において、潜在孔形成材料は、酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素から成る群から選択される材料を含む。 In embodiments, the transition metal oxide film comprises a transition metal oxide material selected from the group consisting of hafnium oxide, zirconium oxide, titanium oxide, niobium oxide and tantalum oxide. In embodiments, the latent pore-forming material comprises a material selected from the group consisting of aluminum oxide and silicon oxide.
図5Bを参照すると、第1ハードマスクコンポーネント510は、ゲート電極502上から除去され、ゲート電極502の上方に開口520を形成する。開口520はゲート電極502の部分だけを露出し得るが、示される透視図のページの下および上のゲート電極502の部分は、第1ハードマスクコンポーネント510の残りの未エッチング部分によって覆われたままであることを理解すべきである。実施形態において、第1ハードマスクコンポーネント510は、第2ハードマスクコンポーネント516に選択的に、および、該当する場合、誘電体スペーサ512に選択に除去される。
Referring to FIG. 5B, the first
図5Cを参照すると、導電ビア522は、第1ハードマスクコンポーネントの中、かつ、ゲートスタック502の部分上の開口520において形成される。実施形態において、図示されるように、導電ビア522の部分は、第2ハードマスクコンポーネント516の部分上にある。
With reference to FIG. 5C, the conductive via 522 is formed in the first hardmask component and at the
本開示の第3態様において、実施形態は、例えば、誘電体キャップ形成のためのゲート誘電体層の凹設に関連する。図6は、本開示の実施形態に係る、ゲート電極処理のために遷移金属酸化物ドライエッチングアプローチを使用する処理スキームにおける様々な操作を示す。 In a third aspect of the present disclosure, embodiments relate, for example, to the recessing of a gate dielectric layer for forming a dielectric cap. FIG. 6 shows various operations in a treatment scheme that uses a transition metal oxide dry etching approach for gate electrode treatment according to an embodiment of the present disclosure.
図6の(a)部分を参照すると、基板604の上方に形成される絶縁または誘電体層602において複数のゲートトレンチ600が形成される。図6の(b)部分を参照すると、遷移金属酸化物ゲート誘電層606は複数のゲートトレンチ600において形成される。実施形態において、遷移金属酸化物ゲート誘電層606は、中に潜在孔形成材料を有する遷移金属酸化物膜を含む。次に、図6の(b)部分にも図示されるように、ゲート電極608が遷移金属酸化物ゲート誘電層606上に形成される。ゲート電極608は、フィールドのレベルまで制御され得る、または、成長が過剰に実行されて、次に、(例えばCMPプロセスによって)改めて平坦化され得、この間、フィールド上に形成される遷移金属酸化物ゲート誘電層606も除去され得ることを理解すべきである。
With reference to the portion (a) of FIG. 6, a plurality of
図6の(c)部分を参照すると、ゲート電極608および遷移金属酸化物ゲート誘電層606の部分的な凹設が実行され、凹設ゲート電極610および凹設遷移金属酸化物ゲート誘電層612がそれぞれ提供される。そのような一実施形態において、ゲート電極608は第1に、遷移金属酸化物ゲート誘電層606に選択的に部分的に凹設される。遷移金属酸化物ゲート誘電層608は次に、図1〜図3に関連して上で説明されたような遷移金属酸化物ドライエッチングアプローチを使用して部分的に凹設される。図6の(d)部分を参照すると、誘電体キャップ層620は次に凹設ゲート電極610上および凹設遷移金属酸化物ゲート誘電層612上で形成される。そのような誘電体キャップ層620は、更なる処理を容易にし得、および/または、自己整合コンタクト形成のためなど、異なる導電性フィーチャ間の短絡を阻害するために使用され得る。図5A〜図5Cに関連して説明されるように、誘電体キャップ層620自体は、中に潜在孔形成材料を有する遷移金属酸化物膜として形成され得る。
With reference to the portion (c) of FIG. 6, the
本明細書において説明される1または複数の実施形態は、PMOSおよびNMOSデバイス製造のためなどの半導体デバイスの製造に関連する。例えば、半導体デバイスの1または複数のフィーチャは、図1から図3に関連して説明されるような遷移金属酸化物ドライエッチングアプローチを使用して形成される。完成したデバイスの例として、図7Aおよび図7Bはそれぞれ、本開示の実施形態に係る、非プレーナ型半導体デバイスの断面図および(断面図のa‐a'軸に沿った)平面図をそれぞれ示す。後述されるように、遷移金属酸化物ゲート誘電体膜は、本明細書において説明されるように、遷移金属酸化物ドライエッチングアプローチを使用することによって凹設できる。 One or more embodiments described herein relate to the manufacture of semiconductor devices, such as for the manufacture of MIMO and NMOS devices. For example, one or more features of a semiconductor device are formed using a transition metal oxide dry etching approach as described in connection with FIGS. 1 to 3. As an example of the completed device, FIGS. 7A and 7B show a cross-sectional view and a plan view (along the aa'axis of the cross-sectional view) of the non-planar semiconductor device according to the embodiment of the present disclosure, respectively. .. As described below, the transition metal oxide gate dielectric film can be recessed by using a transition metal oxide dry etching approach, as described herein.
図7Aを参照すると、半導体構造またはデバイス700は、基板702から形成された、分離領域706内の非プレーナ型活性領域(例えば、突出フィン部分704およびサブフィン領域705を含むフィン構造)を含む。ゲート線708は、非プレーナ型活性領域の突出部分704の上に、および、分離領域706の部分の上に配置される。示されるように、ゲート線708はゲート電極750およびゲート誘電体層752を含む。一実施形態において、ゲート線708は誘電体キャップ層754も含み得る。ゲートコンタクト714、および、上層ゲートコンタクトビア716は、この透視図からも見られる。ゲートコンタクト714、および、上層ゲートコンタクトビア716と共に、これらはすべて、層間誘電スタックまたは層770に配置される。図7Aの透視図からさらにわかるように、ゲートコンタクト714は、一実施形態において、分離領域706の上に配置されるが、非プレーナ型活性領域の上には配置されない。実施形態において、フィンのパターンは格子パターンである。
With reference to FIG. 7A, the semiconductor structure or
実施形態において、図1〜図3に関連して説明されたように、遷移金属酸化物ドライエッチングアプローチを使用して、誘電体層752の少なくとも一部を凹設した後に、誘電体キャップ層754が形成される。ここで、誘電体層752は、中に潜在孔形成材料を有する遷移金属酸化物膜である、または、それを含む。同一または異なる実施形態において、誘電体キャップ層754は、中に潜在孔形成材料を有する遷移金属酸化物膜から形成される。
In an embodiment, as described in connection with FIGS. 1-3, the transition metal oxide dry etching approach is used to recess at least a portion of the
図7Bを参照すると、ゲート線708は、突出フィン部分704の上に配置されるものとして示される。突出フィン部分704のソースおよびドレイン領域704Aおよび704Bをこの透視図から見ることができる。一実施形態において、ソースおよびドレイン領域704Aおよび704Bは、突出フィン部分704の元の材料のドーピングされた部分である。別の実施形態において、突出フィン部分704の材料は除去され、例えばエピタキシャル成長によって、別の半導体材料に置換される。いずれの場合においても、ソースおよびドレイン領域704Aおよび704Bは、誘電体層706の高さより下に、すなわち、サブフィン領域705内に延在し得る。
With reference to FIG. 7B, the
実施形態において、半導体構造またはデバイス700は、限定されないが、フィンFETまたはトライゲートデバイスのような非プレーナ型デバイスである。このような実施形態において、対応する半導体のチャネル領域は、3次元物体から構成されるか、または3次元物体に形成される。このような一実施形態において、ゲート線708のゲート電極スタックは、3次元物体の少なくとも最上面および側壁のペアを囲む。この概念は、ナノワイヤベースのトランジスタなど、デバイス全体のゲートにおよび得る。
In embodiments, the semiconductor structure or
基板702は、製造プロセスに耐えることができ、電荷が移動できる半導体材料から構成され得る。実施形態において、本明細書において記載される基板702は、活性領域704を形成すべく、限定されないが、リン、ヒ素、ホウ素、またはこれらの組み合わせなどの電荷キャリアでドーピングされた結晶シリコン、シリコン/ゲルマニウム、またはゲルマニウム層で構成されたバルク基板である。一実施形態において、バルク基板702のシリコン原子の濃度は、97%より高い。別の実施形態において、バルク基板702は、別個の結晶性基板の上に成長させたエピタキシャル層、例えばホウ素をドーピングしたバルクシリコン単結晶基板の上に成長させたシリコンエピタキシャル層から構成される。バルク基板702は、代替的に、III‐V族材料から構成されてもよい。実施形態において、バルク基板702は、限定されるものではないが窒化ガリウム、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、アンチモン化インジウム、ヒ化インジウムガリウム、ヒ化アルミニウムガリウム、リン化インジウムガリウム、またはそれらの組み合わせなどのIII−V材料から構成される。一実施形態において、バルク基板702はIII−V材料から構成され、電荷キャリアドーパント不純物原子は、限定されるものではないが炭素、シリコン、ゲルマニウム、酸素、硫黄、セレンまたはテルルなどである。
The
分離領域706は、最終的に恒久的なゲート構造を部分的に下層バルク基板から電気的に分離するもしくはその分離に寄与する、またはフィン活性領域を分離するなど下層バルク基板内に形成される活性領域を分離するのに好適な材料から構成されてよい。例えば、一実施形態において、分離領域706は、限定されるものではないが二酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、または炭素をドーピングした窒化ケイ素などの誘電体材料から構成される。
The
ゲート線708は、ゲート誘電体層752およびゲート電極層750を含むゲート電極スタックから構成され得る。実施形態において、ゲート電極スタックのゲート電極は、金属ゲートから構成され、ゲート誘電体層は、high‐k材料から構成される。例えば、一実施形態において、ゲート誘電体層は、酸化ハフニウム、酸窒化ハフニウム、ハフニウムシリケート、酸化ランタン、酸化ジルコニウム、ジルコニウムシリケート、酸化タンタル、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化タンタルスカンジウム鉛、亜鉛ニオブ酸鉛またはそれの組み合わせなどの材料から構成されるが、これに限定されない。さらに、ゲート誘電体層の一部は、基板702のいくらかの最上層から形成された自然酸化物の層を含み得る。実施形態において、ゲート誘電体層は、頂部のhigh‐k部分と、半導体材料の酸化物から構成される下部とから構成される。一実施形態において、ゲート誘電体層は、酸化ハフニウムの上部と、二酸化ケイ素または酸窒化ケイ素の底部とから構成される。
The
ゲート線またはゲート電極スタックと関連したスペーサは、最終的には、自己整合コンタクトなどの隣接する導電性コンタクトから恒久的なゲート構造を電気的に分離するか、またはこの分離に寄与する好適な材料で構成され得る。例えば、一実施形態において、スペーサは、二酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素または炭素ドーピング窒化ケイ素などの誘電体材料から構成されるが、これに限定されない。 The spacer associated with the gate wire or gate electrode stack is a suitable material that ultimately electrically separates the permanent gate structure from adjacent conductive contacts, such as self-aligned contacts, or contributes to this separation. Can consist of. For example, in one embodiment, the spacer is composed of, but is not limited to, a dielectric material such as, but not limited to, silicon dioxide, silicon oxynitride, silicon nitride or carbon-doped silicon nitride.
ゲートコンタクト714および上層ゲートコンタクトビア716は、導電性材料から構成され得る。実施形態において、コンタクトまたはビアのうちの1または複数は、金属種から構成される。金属種は、タングステン、ニッケル、またはコバルトなどの純金属であってもよく、あるいは金属間合金または金属−半導体合金(例えばケイ化物材料など)などの合金であってもよい。
The
実施形態(不図示)において、構造700の提供は、位置決めバジェットの非常に厳しいリソグラフィ段階を用いることなく、既存のゲートパターンと本質的に完全に整合されたコンタクトパターンを形成することを伴う。そのような一実施形態において、このアプローチにより、コンタクト開口を生成するために、(例えば従来行われるドライエッチングまたはプラズマエッチングに対して)本来的に選択性の高いウェットエッチングを用いることが可能となる。実施形態において、コンタクトパターンは、コンタクトプラグのリソグラフィ工程と組み合わせて、既存のゲートパターンを利用することにより形成される。そのような一実施形態において、そのアプローチにより、コンタクトパターンを生成するために、従来のアプローチで用いられるような、元来ならばクリティカルなリソグラフィ工程を不要とすることが可能となる。実施形態において、トレンチコンタクトグリッドは、別個にパターニングされるのではなく、むしろポリ(ゲート)線の間に形成される。例えば、そのような一実施形態において、トレンチコンタクトグリッドは、ゲート格子パターニング後だが、ゲート格子カット前に形成される。
In an embodiment (not shown), the provision of
更に、ゲートスタック構造708は、リプレースメントゲートプロセスによって製造され得る。そのようなスキームにおいて、ポリシリコンまたは窒化ケイ素ピラー材料などのダミーゲート材料は除去され、恒久的なゲート電極材料に置き換えられ得る。そのような一実施形態において、恒久的なゲート誘電体層は、前の処理から持ち越されるのではなく、このプロセスにおいても形成される。実施形態において、ダミーゲートは、ドライエッチングまたはウェットエッチングプロセスによって除去される。一実施形態において、ダミーゲートは、多結晶シリコンまたは非晶質シリコンから構成され、SF6の使用を含むドライエッチングプロセスを用いて除去される。別の実施形態において、ダミーゲートは、多結晶シリコンまたは非晶質シリコンから構成され、NH4OH水溶液または水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液の使用を含むウェットエッチングプロセスで除去される。一実施形態において、ダミーゲートは窒化ケイ素から構成され、リン酸水溶液を含むウェットエッチングで除去される。
In addition, the
実施形態において、本明細書で説明された1または複数のアプローチは、構造700に到達すべく、ダミーおよびリプレースメントコンタクトプロセスと組み合わせて、ダミーおよびリプレースメントゲートプロセスを基本的に意図している。そのような一実施形態において、恒久的なゲートスタックの少なくとも一部の高温アニールを可能にすべく、リプレースメントコンタクトプロセスは、リプレースメントゲートプロセスの後に実行される。例えば、そのような特定の実施形態において、恒久的なゲート構造のうち少なくとも一部のアニールは、例えばゲート誘電体層が形成された後に、約600℃より高い温度で実行される。アニールは、恒久的なコンタクトの形成前に実行される。
In embodiments, the one or more approaches described herein are essentially intended to be a dummy and replacement gate process in combination with a dummy and replacement contact process to reach
図7Aを再度参照すると、半導体構造またはデバイス700の構成は、ゲートコンタクトを分離領域の上に配置する。そのような配置は、レイアウトスペースの非効率な使用と見なされる場合がある。しかしながら、別の実施形態において、半導体デバイスは、活性領域の上に形成されたゲート電極の部分のコンタクトとなるコンタクト構造を有する。概して、ゲートの活性部分の上方、かつトレンチコンタクトビアと同一の層に、ゲートコンタクト構造(ビアなど)を形成する前に(例えば、それを形成することに加えて)、本開示の1または複数の実施形態は最初に、ゲート整合トレンチコンタクトプロセスを使用することを含む。そのようなプロセスは、半導体構造の製造、例えば、集積回路の製造のためのトレンチコンタクト構造を形成すべく、実装され得る。実施形態において、トレンチコンタクトパターンは、既存のゲートパターンと整合するように形成される。対照的に、従来のアプローチは通常、選択的コンタクトエッチングと組み合わせた、リソグラフィコンタクトパターンを既存のゲートパターンに対して厳しく位置決めする追加的なリソグラフィプロセスを伴う。例えば、従来のプロセスは、コンタクトフィーチャを別個にパターニングしつつ、ポリ(ゲート)グリッドをパターニングすることを含む場合がある。
With reference to FIG. 7A again, the semiconductor structure or the configuration of the
上述のプロセスのすべての態様が、本開示の実施形態の趣旨および範囲に収まるように実践される必要はないことは理解されるべきである。例えば、一実施形態において、ダミーゲートは、ゲートスタックの活性部分の上方にゲートコンタクトを製造する前に、形成される必要は全くない。上述のゲートスタックは、実際は最初に形成されたように恒久的なゲートスタックであり得る。また、本明細書に説明されるプロセスは、1または複数の半導体デバイスを製造するべく使用され得る。半導体デバイスは、トランジスタまたは同様のデバイスであり得る。例えば、実施形態において、半導体デバイスは、ロジックまたはメモリ用の金属酸化物膜半導体(MOS)トランジスタ、またはバイポーラトランジスタである。また、実施形態において、半導体デバイスは、トライゲートデバイス、独立してアクセスされるダブルゲートデバイスまたはフィンFETなどの、3次元アーキテクチャを有する。1または複数の実施形態は、10ナノメートル(10nm)またはより小さいテクノロジーノードで半導体デバイスを製造するのに特に有用であり得る。 It should be understood that all aspects of the process described above need not be practiced to fall within the spirit and scope of the embodiments of the present disclosure. For example, in one embodiment, the dummy gate need not be formed at all prior to making the gate contact above the active portion of the gate stack. The gate stack described above can actually be a permanent gate stack as originally formed. Also, the processes described herein can be used to manufacture one or more semiconductor devices. The semiconductor device can be a transistor or similar device. For example, in embodiments, the semiconductor device is a metal oxide film semiconductor (MOS) transistor for logic or memory, or a bipolar transistor. Also, in embodiments, the semiconductor device has a three-dimensional architecture, such as a tri-gate device, an independently accessed double-gate device or a FinFET. One or more embodiments may be particularly useful for manufacturing semiconductor devices at 10 nanometers (10 nm) or smaller technology nodes.
本開示の実施形態の上述の態様は両方とも基板工程または配線工程の処理技術に適用され得ることを理解すべきである。更に、本明細書において開示される実施形態は、多種多様な異なるタイプの集積回路および/またはマイクロエレクトロニクスデバイスを製造するために使用され得る。そのような集積回路の例は、限定されないが、プロセッサ、チップセットコンポーネント、グラフィックスプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラ等を含む。他の実施形態においては、半導体メモリが製造され得る。更に、集積回路または他のマイクロエレクトロニクスデバイスは、当分野において知られている多種多様な電子デバイスにおいて使用され得る。例えば、コンピュータシステム(例えば、デスクトップ、ラップトップ、サーバ)、携帯電話、パーソナル電子機器等である。集積回路は、バスおよびシステムの他のコンポーネントと結合され得る。例えば、プロセッサは、1または複数のバスによって、メモリ、チップセット等と結合され得る。プロセッサ、メモリ、およびチップセットの各々は、潜在的に、本明細書で開示されるアプローチを使用し製造され得る。 It should be understood that both of the above aspects of the embodiments of the present disclosure can be applied to processing techniques in the front end of line or back end of line. In addition, the embodiments disclosed herein can be used to manufacture a wide variety of different types of integrated circuits and / or microelectronic devices. Examples of such integrated circuits include, but are not limited to, processors, chipset components, graphics processors, digital signal processors, microcontrollers, and the like. In other embodiments, semiconductor memories may be manufactured. In addition, integrated circuits or other microelectronic devices can be used in a wide variety of electronic devices known in the art. For example, computer systems (eg desktops, laptops, servers), mobile phones, personal electronic devices and the like. Integrated circuits can be coupled with buses and other components of the system. For example, the processor may be coupled to memory, chipsets, etc. by one or more buses. Each of the processor, memory, and chipset can potentially be manufactured using the approaches disclosed herein.
図8は、本開示の一実装に係るコンピューティングデバイス800を示す。コンピューティングデバイス800は、ボード802を収容する。ボード802は、限定されるものではないが、プロセッサ804および少なくとも1つの通信チップ806を含む多数のコンポーネントを含んでよい。プロセッサ804は、ボード802と物理的かつ電気的と連結される。いくつかの実装において、少なくとも1つの通信チップ806も、ボード802と物理的かつ電気的と連結される。更なる実装において、通信チップ806は、プロセッサ804の一部である。
FIG. 8 shows a
適用に応じて、コンピューティングデバイス800は、ボード802に物理的および電気的に結合されても、されなくてもよい他のコンポーネントを含み得る。これらの他のコンポーネントは、限定されるものではないが、揮発性メモリ(例えば、DRAM)、不揮発性メモリ(例えば、ROM)、フラッシュメモリ、グラフィックプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、暗号プロセッサ、チップセット、アンテナ、ディスプレイ、タッチスクリーンディスプレイ、タッチスクリーンコントローラ、バッテリ、オーディオコーデック、ビデオコーデック、電力増幅器、全地球測位システム(GPS)デバイス、コンパス、加速度計、ジャイロスコープ、スピーカ、カメラ、および(ハードディスクドライブ、コンパクトディスク(CD)、デジタル多用途ディスク(DVD)等のような)大容量記憶装置を含む。
Depending on the application, the
通信チップ806は、コンピューティングデバイス800との間のデータ伝送のために無線通信を可能にする。「無線」という用語およびその複数の派生語は、非固体媒体を介して変調電磁放射線を用いたデータ通信を行うことが可能な回路、デバイス、システム、方法、技術、通信チャネル等を説明するために用いられてよい。いくつかの実施形態においては関連するデバイスが有線を含まないこともあるだろうが、この用語は、これらのデバイスが有線を全く含まないということを暗示するものではない。通信チップ806は、限定されないが、Wi‐Fi(IEEE802.11ファミリ)、WiMAX(登録商標)(IEEE802.16ファミリ)、IEEE802.20、ロングタームエボリューション(LTE)、Ev‐DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM(登録商標)、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、ブルートゥース(登録商標)、これらの派生物、並びに3G、4G、5Gおよびそれ以降の世代として指定された任意の他の無線プロトコルを含む多数の無線規格またはプロトコルのいずれかを実装し得る。コンピューティングデバイス800は、複数の通信チップ806を含んでよい。例えば、第1の通信チップ806は、Wi−Fi(登録商標)およびBluetooth(登録商標)のような近距離無線通信専用であってよく、第2の通信チップ806は、GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX(登録商標)、LTE、Ev−DO等のような長距離無線通信専用であってよい。
The
コンピューティングデバイス800のプロセッサ804は、プロセッサ804内にパッケージングされた集積回路ダイを含む。本開示のいくつかの実装において、プロセッサの集積回路ダイは、開示の実装にしたがって構築された、選択的金属酸化物エッチングを使用して製造された1または複数のフィーチャを含む。「プロセッサ」という用語は、複数のレジスタおよび/またはメモリからの電子データを処理し、当該電子データをレジスタおよび/またはメモリに格納可能な他の電子データに変換する任意のデバイスまたはデバイスの一部を指してよい。
The
通信チップ806は、通信チップ806内にパッケージングされた集積回路ダイも含む。本開示の実施形態によれば、通信チップの集積回路ダイは、開示の実装にしたがって構築された、選択的金属酸化物エッチングを使用して製造された1または複数のフィーチャを含む。
The
更なる実装において、コンピューティングデバイス800内に収容された別のコンポーネントは、開示の実装にしたがって構築された、選択的金属酸化物エッチングを使用して製造された1または複数のフィーチャを含む集積回路ダイを含み得る。
In a further implementation, another component housed within the
様々な実装例において、コンピューティングデバイス800は、ラップトップ、ネットブック、ノートブック、ウルトラブック、スマートフォン、タブレット、パーソナルデジタルアシスタント(PDA)、ウルトラモバイルPC、携帯電話、デスクトップコンピュータ、サーバ、プリンタ、スキャナ、モニタ、セットトップボックス、エンターテイメントコントロールユニット、デジタルカメラ、携帯音楽プレーヤ、またはデジタルビデオレコーダであってよい。更なる実装において、コンピューティングデバイス800は、データを処理する任意の他の電子デバイスであり得る。
In various implementation examples, the
図9は、本開示の1または複数の実施形態を含むインターポーザ900を示す。インターポーザ900は、第1基板902と第2基板904とのブリッジになるyほうに使用される介在基板である。第1基板902は、例えば集積回路ダイであり得る。第2基板904は、例えば、メモリモジュール、コンピュータマザーボード、または、別の集積回路ダイであり得る。概して、インターポーザ900の目的は、接続をより幅広いピッチに広げること、または接続を異なる接続にリルートすることである。例えば、インターポーザ900は、後で第2基板904と連結可能なボールグリッドアレイ(BGA)906に、集積回路ダイを連結してよい。いくつかの実施形態において、第1および第2基板902/904は、インターポーザ900に対向する側に取り付けられる。他の実施形態において、第1および第2基板902/904は、インターポーザ900と同じ側に取り付けられる。さらなる実施形態において、3つまたはそれより多くの基板は、インターポーザ900によって相互接続される。
FIG. 9 shows an
インターポーザ900は、エポキシ樹脂、ガラス繊維強化エポキシ樹脂、セラミック材料またはポリイミドのようなポリマー材料で形成されてよい。更なる実装において、インターポーザは、シリコン、ゲルマニウム、並びに他のIII‐V族およびIV族材料のような、半導体基板に使用される上述された材料と同一の材料を含み得る、交互に重なる強固または柔軟な材料で形成され得る。
The
インターポーザは、複数のスルーシリコンビア(TSV)912を含むが、これに限定されない、複数の金属インターコネクト908および複数のビア910を含んでよい。インターポーザ900は、パッシブおよびアクティブデバイスの両方を含む複数の埋め込みデバイス914をさらに含んでよい。そのようなデバイスには、限定されないが、コンデンサ、デカップリングコンデンサ、抵抗器、インダクタ、ヒューズ、ダイオード、変圧器、センサ、および静電放電(ESD)デバイスが含まれる。無線周波数(RF)デバイス、電力増幅器、電力管理デバイス、アンテナ、アレイ、センサ、およびMEMSデバイスのようなより複雑なデバイスが、インターポーザ900上にさらに形成されてよい。本開示の実施形態によれば、本明細書に開示される機器またはプロセスは、インターポーザ900の製造において、または、インターポーザ900に含まれるコンポーネントの製造において使用され得る。
The interposer may include a plurality of
従って、本開示の実施形態は、デバイス製造のための遷移金属酸化物膜の選択エッチング、および、制御された原子層エッチング、ならびに結果として得られるデバイスを含む。 Accordingly, embodiments of the present disclosure include selective etching of transition metal oxide films for device fabrication, and controlled atomic layer etching, as well as the resulting device.
要約において説明されるものを含む、本開示の実施形態の示される実装の上の説明は、網羅的であること、または、開示された厳密な形態に開示を限定することを意図するものではない。本開示の具体的な実装および例は、本明細書において、例示目的で説明されており、当業者であれば理解するように、様々な等価の変形が、本開示の範囲内で可能である。 The above description of the indicated implementation of the embodiments of this disclosure, including those described in the abstract, is not intended to be exhaustive or to limit the disclosure to the exact form disclosed. .. Specific implementations and examples of the present disclosure are set forth herein for illustrative purposes and, as will be appreciated by those skilled in the art, various equivalent modifications are possible within the scope of the present disclosure. ..
これらの修正は、上の詳細な説明を考慮して、本開示に加えられ得る。以下の請求項において使用される用語は、本明細書および請求項に開示される特定の実装例に本開示を限定するものと解釈されるべきではない。むしろ、本開示の範囲は、請求項解釈の確立された方針に従って解釈される以下の請求項によって完全に決定される。 These modifications may be made to this disclosure in light of the detailed description above. The terms used in the following claims should not be construed as limiting this disclosure to the specific implementations disclosed herein and in the claims. Rather, the scope of the present disclosure is entirely determined by the following claims, which are construed in accordance with the established policies of the claims.
例示的実施形態1:膜をドライエッチングする方法は、潜在孔形成材料を中に有する遷移金属酸化物膜を形成する段階を含む。方法はまた、遷移金属酸化物膜の多孔性領域を形成するために、遷移金属酸化物膜の潜在孔形成材料の表面部分を除去する段階を含む。方法はまた、遷移金属酸化物膜の多孔性領域を除去する段階を含む。 Illustrative Embodiment 1: The method of dry etching a film includes a step of forming a transition metal oxide film having a latent pore-forming material inside. The method also comprises removing the surface portion of the potential pore forming material of the transition metal oxide film to form a porous region of the transition metal oxide film. The method also comprises removing the porous region of the transition metal oxide film.
例示的実施形態2:潜在孔形成材料の表面部分を除去する段階は、第1エッチングプロセスにおいて実行され、遷移金属酸化物膜の多孔性領域の除去は、第2の異なるエッチングプロセスにおいて実行される、例示的実施形態1に記載の方法。
Illustrative Embodiment 2: The step of removing the surface portion of the latent pore-forming material is carried out in the first etching process, and the removal of the porous region of the transition metal oxide film is carried out in the second different etching process. , The method according to the
例示的実施形態3:潜在孔形成材料の表面部分を除去する段階、および、遷移金属酸化物膜の多孔性領域を除去する段階は、同一のエッチングプロセスにおいて実行される、例示的実施形態1に記載の方法。
Exemplary Embodiment 3: The step of removing the surface portion of the latent pore-forming material and the step of removing the porous region of the transition metal oxide film are carried out in the same etching process, according to the
例示的実施形態4:潜在孔形成材料の表面部分を除去する段階、および、遷移金属酸化物膜の多孔性領域を除去する段階は、1または複数のプラズマエッチングプロセスを使用して実行される、例示的実施形態1、2または3に記載の方法。
Exemplary Embodiment 4: The step of removing the surface portion of the latent pore-forming material and the step of removing the porous region of the transition metal oxide film are performed using one or more plasma etching processes. The method according to the
例示的実施形態5:潜在孔形成材料を中に有する遷移金属酸化物膜を形成する段階は、気相堆積プロセス中に共反応酸化物前駆体を含む、例示的実施形態1、2、3または4に記載の方法。
Illustrative Embodiment 5: The step of forming a transition metal oxide film having a latent pore-forming material in it comprises a co-reactive oxide precursor during the vapor deposition process,
例示的実施形態6:遷移金属酸化物膜は、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタルから成る群から選択される遷移金属酸化物材料を含む、例示的実施形態1、2、3、4または5に記載の方法。 Illustrative Embodiment 6: The transition metal oxide film comprises a transition metal oxide material selected from the group consisting of hafnium oxide, zirconium oxide, titanium oxide, niobium oxide, and tantalum oxide. 3, 4 or 5 according to the method.
例示的実施形態7:潜在孔形成材料は、酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素から成る群から選択される材料を含む、例示的実施形態1、2、3、4、5または6に記載の方法。
Illustrative Embodiment 7: The method according to
例示的実施形態8:潜在孔形成材料は、遷移金属酸化物膜の総体積の10パーセントから25パーセントを含む、例示的実施形態1、2、3、4、5、6または7に記載の方法。
Example 8: The method according to
例示的実施形態9:潜在孔形成材料は遷移金属酸化物膜内にランダムに分散される、例示的実施形態1、2、3、4、5、6、7または8に記載の方法。
Example 9: The method according to
例示的実施形態10:潜在孔形成材料は、遷移金属酸化物膜内の1または複数の積層平面層として分散される、例示的実施形態1、2、3、4、5、6、7または8に記載の方法。
Illustrative Embodiment 10: The latent pore-forming material is dispersed as one or more laminated planar layers in the transition metal oxide film,
例示的実施形態11:潜在孔形成材料は遷移金属酸化物膜内に1または複数のコンフォーマル層として分散される、例示的実施形態1、2、3、4、5、6、7または8に記載の方法。
Illustrative Embodiment 11: In
例示的実施形態12:集積回路構造は、基板の上の層間誘電(ILD)層に複数の導電線を含む。ハードマスク層は、複数の導電線上、おyぼい、ILD層の最上面上にある。ハードマスク層は、複数の導電線の最上面上にあり、それに整合される第1ハードマスクコンポーネントと、ILD層の最上面の領域上にあり、それに整合される第2ハードマスクコンポーネントとを含む。第1ハードマスクコンポーネントおよび第2ハードマスクコンポーネントは、互いに組成が異なる。第1ハードマスクコンポーネントは、潜在孔形成材料を中に有する遷移金属酸化物膜を含む。導電ビアは、ハードマスク層内、かつ、複数の導電線のうち1つの部分上の開口にある。 Illustrative Embodiment 12: An integrated circuit structure comprises a plurality of conductive wires in an interstitial dielectric (ILD) layer on a substrate. The hard mask layer is on a plurality of conductive wires, on the top surface of the ILD layer. The hardmask layer includes a first hardmask component that is on the top surface of the plurality of conductive wires and is matched to it, and a second hardmask component that is on the top surface area of the ILD layer and is matched to it. .. The first hard mask component and the second hard mask component have different compositions from each other. The first hard mask component includes a transition metal oxide film having a latent pore-forming material inside. The conductive via is in the hard mask layer and in the opening on one portion of the plurality of conductive wires.
例示的実施形態13:遷移金属酸化物膜は、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ニオブ、および酸化タンタルから成る群から選択される遷移金属酸化物材料を含む、例示的実施形態12に記載の集積回路構造。 Illustrative Embodiment 13: The transition metal oxide film comprises the transition metal oxide material selected from the group consisting of hafnium oxide, zirconium oxide, titanium oxide, niobium oxide, and tantalum oxide. Integrated circuit structure.
例示的実施形態14:潜在孔形成材料は、酸化アルミニウム、酸化 ガリウム、酸化スズ、酸化コバルト、酸化ニッケル、および酸化ケイ素から成る群から選択される材料を含む、例示的実施形態12または13に記載の集積回路構造。 Illustrative Embodiment 14: The latent pore-forming material comprises a material selected from the group consisting of aluminum oxide, gallium oxide, tin oxide, cobalt oxide, nickel oxide, and silicon oxide, according to exemplary embodiment 12 or 13. Integrated circuit structure.
例示的実施形態15:第1ハードマスクコンポーネントは、複数の導電線の最上面に制限される、例示的実施形態12、13または14に記載の集積回路構造。 Illustrative Embodiment 15: The integrated circuit structure according to exemplary embodiment 12, 13 or 14, wherein the first hardmask component is restricted to the top surfaces of a plurality of conductive wires.
例示的実施形態16:第1ハードマスクコンポーネントは、ILD層の最上面の部分に延在する、例示的実施形態12、13または14に記載の集積回路構造。 Illustrative Embodiment 16: The integrated circuit structure according to exemplary embodiment 12, 13 or 14, wherein the first hardmask component extends over a portion of the top surface of the ILD layer.
例示的実施形態17:導電ビアの部分は、ハードマスク層の第2ハードマスクコンポーネントの部分上にある、例示的実施形態12、13、14、15または16に記載の集積回路構造。 Illustrative Embodiment 17: The integrated circuit structure according to exemplary embodiment 12, 13, 14, 15 or 16, wherein the portion of the conductive via is on a portion of the second hardmask component of the hardmask layer.
例示的実施形態18:第1ハードマスクコンポーネントは、第2ハードマスクコンポーネントの最上面と実質的に同一平面である最上面を有する、例示的実施形態12、13、14、15、16または17に記載の集積回路構造。 Illustrative Embodiment 18: In exemplary embodiments 12, 13, 14, 15, 16 or 17, the first hardmask component has an uppermost surface that is substantially coplanar with the uppermost surface of the second hardmask component. The integrated circuit structure described.
例示的実施形態19:ハードマスク層の上の第2ILD層を更に含み、導電ビアは更に第2ILD層の開口の中にある、例示的実施形態12、13、14、15、16、17または18に記載の集積回路構造。 Illustrative Embodiment 19: An exemplary embodiment 12, 13, 14, 15, 16, 17 or 18 further comprises a second ILD layer above the hardmask layer and the conductive vias are further within the opening of the second ILD layer. The integrated circuit structure described in.
例示的実施形態20:複数の導電線の1つは、下層導電ビア構造に結合され、下層導電ビア構造は、集積回路構造の下層メタライゼーション層に接続される、例示的実施形態12、13、14、15、16、17、18または19に記載の集積回路構造。 Illustrative Embodiment 20: One of the plurality of conductive wires is coupled to the lower conductive via structure, and the lower conductive via structure is connected to the lower metallization layer of the integrated circuit structure. The integrated circuit structure according to 14, 15, 16, 17, 18 or 19.
例示的実施形態21:集積回路構造は基板の上方にゲートスタックを含む。第1および第2導電性トレンチコンタクトはそれぞれ、ゲートスタックの第1および第2面にある。第1ハードマスクコンポーネントは、ゲートスタックの最上面上にあり、それと整合される。第2ハードマスクコンポーネントは、第1および第2導電性トレンチコンタクト上にあり、かつ整合される。第1および第2ハードマスクコンポーネントは互いに組成が異なる。第1ハードマスクコンポーネントは、潜在孔形成材料の中に有する遷移金属酸化物膜を含む。導電ビアは、第1ハードマスクコンポーネントの中、かつ、ゲートスタックの部分上にある開口内にある。 Exemplary Embodiment 21: The integrated circuit structure includes a gate stack above the substrate. The first and second conductive trench contacts are on the first and second surfaces of the gate stack, respectively. The first hardmask component is on the top surface of the gate stack and is aligned with it. The second hardmask component is on and aligned with the first and second conductive trench contacts. The first and second hardmask components differ from each other in composition. The first hard mask component includes a transition metal oxide film contained in the latent pore-forming material. The conductive vias are in the first hardmask component and in an opening on a portion of the gate stack.
例示的実施形態22:遷移金属酸化物膜は、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ニオブ、および酸化タンタルから成る群から選択される遷移金属酸化物材料を含む、例示的実施形態21に記載の集積回路構造。 Illustrative Embodiment 22: The transition metal oxide film comprises the transition metal oxide material selected from the group consisting of hafnium oxide, zirconium oxide, titanium oxide, niobium oxide, and tantalum oxide. Integrated circuit structure.
例示的実施形態23:潜在孔形成材料は、酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素から成る群から選択される材料を含む、例示的実施形態21または22の集積回路構造。 Illustrative Embodiment 23: The integrated circuit structure of exemplary embodiment 21 or 22, wherein the latent pore-forming material comprises a material selected from the group consisting of aluminum oxide and silicon oxide.
例示的実施形態24:導電ビアの部分は、第2ハードマスクコンポーネントの部分上にある、例示的実施形態21、22または23に記載の集積回路構造。 Illustrative Embodiment 24: The integrated circuit structure according to exemplary embodiment 21, 22 or 23, wherein the portion of the conductive via is on a portion of the second hardmask component.
Claims (24)
潜在孔形成材料を中に有する遷移金属酸化物膜を形成する段階と、
前記遷移金属酸化物膜の前記潜在孔形成材料の表面部分を除去して、前記遷移金属酸化物膜の多孔性領域を形成する段階と、
前記遷移金属酸化物膜の前記多孔性領域を除去する段階と
を備える方法。 It is a method of dry etching the film.
At the stage of forming a transition metal oxide film having a latent pore-forming material inside,
A step of removing the surface portion of the latent pore-forming material of the transition metal oxide film to form a porous region of the transition metal oxide film.
A method comprising a step of removing the porous region of the transition metal oxide film.
基板の上方の層間誘電層(ILD層)における複数の導電線と、
前記複数の導電線の上、および、前記ILD層の最上面の上のハードマスク層であって、前記ハードマスク層は、前記複数の導電線の前記最上面の上にある、前記複数の導電線の前記最上面と整合された第1ハードマスクコンポーネントと、前記ILD層の前記最上面の領域の上にある、前記ILD層の前記最上面の領域と整合された第2ハードマスクコンポーネントとを含み、前記第1ハードマスクコンポーネントおよび第2ハードマスクコンポーネントは、互いに組成が異なり、前記第1ハードマスクコンポーネントは、潜在孔形成材料を中に有する遷移金属酸化物膜を含む、ハードマスク層と、
前記ハードマスク層における、前記複数の導電線のうち1つの部分上の開口の中にある導電ビアと
を備える集積回路構造。 It is an integrated circuit structure
Multiple conductive wires in the interlayer dielectric layer (ILD layer) above the substrate,
A hard mask layer on the plurality of conductive wires and on the uppermost surface of the ILD layer, wherein the hard mask layer is on the uppermost surfaces of the plurality of conductive wires. A first hardmask component aligned with the top surface of the line and a second hardmask component above the top surface region of the ILD layer and aligned with the top surface region of the ILD layer. The first hard mask component and the second hard mask component have different compositions from each other, and the first hard mask component includes a hard mask layer including a transition metal oxide film having a latent pore-forming material inside.
An integrated circuit structure including a conductive via in an opening on one portion of the plurality of conductive wires in the hard mask layer.
基板の上のゲートスタックと、
前記ゲートスタックの第1面にある第1導電性トレンチコンタクト、および、第2面にある第2導電性トレンチコンタクトと、
前記ゲートスタックの最上面の上にある、前記ゲートスタックの前記最上面と整合された第1ハードマスクコンポーネントと、
第1導電性トレンチコンタクトおよび第2導電性トレンチコンタクトの上にあり、前記第1導電性トレンチコンタクトおよび前記第2導電性トレンチコンタクトと整合された第2ハードマスクコンポーネントであって、前記第1ハードマスクコンポーネントおよび前記第2ハードマスクコンポーネントは、互いに組成が異なり、前記第1ハードマスクコンポーネントは、潜在孔形成材料を中に有する遷移金属酸化物膜を含む、第2ハードマスクコンポーネントと、
前記第1ハードマスクコンポーネントにおける、前記ゲートスタックの部分上の開口にある導電ビアと
を備える集積回路構造。 It is an integrated circuit structure
With the gate stack on the board,
A first conductive trench contact on the first surface of the gate stack and a second conductive trench contact on the second surface.
A first hardmask component that is above the top surface of the gate stack and is aligned with the top surface of the gate stack.
A second hardmask component that is above the first conductive trench contact and the second conductive trench contact and is matched with the first conductive trench contact and the second conductive trench contact, the first hard. The mask component and the second hard mask component have different compositions from each other, and the first hard mask component includes a second hard mask component containing a transition metal oxide film having a latent pore-forming material inside.
An integrated circuit structure comprising a conductive via in an opening on a portion of the gate stack in the first hardmask component.
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